[发明专利]一种自动曝光和参考帧补偿参数计算装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像信号处理领域，特别是涉及一种基于前景检测的自动曝光和参考帧补偿参数计算装置及方法。

背景技术

图1为现有技术中IP网络摄像机的图像和编码处理框图，其包括图像处理单元101、自动曝光处理单元102、参考帧校正参数运算单元103和编码处理单元104。IP网络摄像机是安防监控摄像机的一种，为追求清晰度视频的分辨率从D1(720x576)快速提升到4K(3840x2160)，随之而来的是视频编码的码率的急剧上升所导致网络带宽及存储开销的急剧增加，在保证视频主观质量的前提下不断的降低码率成为当前IP网络摄像机视频处理技术的主要发展方向之一。一般情况下安防摄像机，例如“枪机”，具有拍摄的角度固定的特征，由于背景较为固定且不是监控所关注的对象，现有技术主要通过大幅降低背景区域的码率达到“极低码率”目标。但大幅降低背景区域的码率所引入的问题是当背景区域的亮度变化时易出现明显的马赛克，从而导致视频的质量严重下降。背景的亮度的变化可能源于两种情况，一种情况是场景的光照强度变化所致，另一种情况是自动曝光控制受运动前景干扰所致。一般情况下光照强度变化所引入的亮度变化较缓，对视频质量的影响不大，主要影响视频质量的是运动前景干扰自动曝光控制所导致的图像亮度跳变。

自动曝光控制的作用是将图像的亮度调整到人眼视觉舒适或感兴趣的范围，通常调整所依据的是全局测光或中心权重测光等方法所获得的图像亮度值，当亮度值低于某一门限时，则通过增加镜头通光量、曝光时间、模拟增益或数 字增益等方法提升图像的亮度，当亮度值高于某一门限时，则通过减少镜头通光量、曝光时间、模拟增益或数字增益等方法降低图像的亮度。现有的测光方法，例如全局测光和中心权重测光，都易受到运动物体的干扰。对于全局测光策略，当较暗的运动物体进入摄像范围或是从远处移向镜头移动时，随着运动物体占图像幅面的比例增大，图像的暗区占比也增大，图像平均的亮度值将下降，这时曝光控制误认为环境亮度变暗了从而采取增加图像亮度的曝光控制。对于中心权重测光策略，当运动物体从图像边缘移动到中心时运动物体对亮度统计值的贡献会产生变化，导致统计亮度值的变化，曝光控制也会误认为环境亮度变化了而做出相应的调整。总之，现有的自动曝光控制技术由于其测光的方法不能区分运动的前景和背景亮度变化，曝光控制易受运动物体的干扰而导致图像的亮度抖动，一方面有损主观效果，另一方面不利于编码。

针对图像亮度抖动的问题，现有的视频编码标准，例如H.264支持参考帧补偿参数用于校正参考帧与当前帧间的全局的差异，但现有补偿参数计算方法由于未剔除运动前景对亮度统计的影响导致背景区域的校正误差过大，在“极低码率”应用场景下效果不理想。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种自动曝光和参考帧补偿参数计算装置及方法，其解决了现有的自动曝光控制及视频编码补偿参数计算方法在“极低码率”的应用场景下主观质量差和编码码率过高的问题。

为达上述及其它目的，本发明提出一种一种自动曝光和参考帧补偿参数计算装置，包括图像处理单元、自动曝光处理单元、编码单元，该装置还包括前景对象检测单元，该前景对象检测单元对输入图像进行前景与背景检测得到用于区分图像中前景和背景区域的前景区域映射图，并将该前景区域映射区传递给该自动曝光处理单元，该自动曝光处理单元利用该前景区域映射图的信息分 别统计前景亮度值和背景亮度值，并根据前景亮度、背景亮度和前景区域的面积占比计算场景亮度，依据场景亮度输出曝光控制参数。

进一步地，该前景对象检测单元包括：

背景建模与前景生成单元，对输入的视频序列进行背景建模，即建立当前视频序列的背景模型，并判断图像中的每个点是否为前景点或背景点，所有的点组合起来形成与输入图像对应的前景点映射图；

真实前景区域运算单元,对该前景点映射图进一步处理得到该前景区域映射图。

进一步地，该真实前景区域运算单元通过以下步骤得到该前景区域映射图：

对该前景点图像进行包括腐蚀和膨胀操作的形态学处理；

对形态学处理后的前景点映射图进行联通域分析，同时生成各联通域的外接矩形；

分别对各外接矩形内的前景点进行真实目标判断；

填充真实目标外接区域生成前景区域映射图。

进一步地，该分别对各外接矩形内的前景点进行真实目标判断的步骤中判定的条件如下：

条件1，外接矩形面积大于一阈值T_cnt；